Regionales Klima Engineering

Ausbau künstlicher Wärmeinseln zur Verbesserung der Niederschläge in den Vereinigten Arabischen Emiraten

Das Potenzial für regionales Klima-Engineering gewinnt als Mittel zur Lösung regionaler Umweltprobleme wie Wasserknappheit und hohe Temperaturen zunehmend an Interesse. Laut Earth System Dynamics (ESD) erreicht die Wasserknappheit in den extrem trockenen Vereinigten Arabischen Emiraten (VAE) aufgrund des hohen Verbrauchs und der übermäßigen Entnahme einen Krisenpunkt und wird durch den Klimawandel noch verschärft. Um diesem Problem entgegenzuwirken, führen die VAE seit vielen Jahren Wolkensaataktionen und intensive Entsalzung durch, erwägen nun jedoch andere Möglichkeiten zur Erhöhung der Wasserressourcen.

ESD Titel – open access – © Earth System Dynamics

Als Mittel zur Verbesserung des konvektiven Niederschlags durch Oberflächenerwärmung und Verstärkung der vertikalen Bewegung wurden sehr große „künstliche schwarze Oberflächen“ (ABS) aus schwarzen Netzen, schwarz lackierten oder Solarphotovoltaik-(PV)-Modulen vorgeschlagen. Unter dem Einfluss der täglichen Meeresbrise der VAE kann dies unter den richtigen Bedingungen zur Konvektionsauslösung führen. Derzeit ist nicht bekannt, wie stark diese Niederschlagsverstärkung sein würde oder welcher Maßstab der schwarzen Oberfläche verwendet werden müsste.

Die ESD-Untersuchung simuliert die Auswirkungen auf verschiedenen ABS-Skalen mithilfe der WRF-Noah-MP-Modellkette und untersucht Auswirkungen auf Niederschlagsmengen und zugrunde liegende konvektive Prozesse. Simulationen von fünf quadratischen ABSs der Größen 10, 20, 30, 40 und 50?km wurden an vier 1-Tages-Fällen durchgeführt, jeweils für einen Zeitraum von 24 h. Diese wurden mit einem Kontrollmodell ohne Landnutzungsänderung verglichen, um die Auswirkungen zu quantifizieren. Die ABSs selbst wurden simuliert, indem die statischen Daten der Landbedeckung verändert und ein einzigartiger Satz von Landoberflächenparametern wie Albedo und Rauheitslänge vorgegeben wurden. An allen vier?Tagen wird der Niederschlag durch Flächen mit niedriger Albedo von 20?km oder mehr verstärkt, vor allem durch eine Verringerung der Konvektionshemmung und die Erzeugung von Konvergenzlinien und Auftriebswinden.

Das 10?km-Quadrat-ABS hatte nur sehr geringe Auswirkungen. Ab 20 km aufwärts besteht eine starke Skalenabhängigkeit, wobei die ABS-Größe die Stärke konvektiver Prozesse und die Niederschlagsmenge beeinflusst. In Bezug auf die Niederschlagszunahme ergeben 20?km einen mittleren Niederschlagsanstieg gegenüber der Kontrollsimulation von 571 616 m3/d, wobei die anderen Größen wie folgt sind: 30 km (ca. 1 Million m3/d), 40?km (ca.1,5 Millionen) m3/d) und 50 km (ca.2,3 Millionen m3/d). Wenn wir davon ausgehen, dass solche Niederschlagsereignisse nur an 10 Tagen im Jahr auftreten, würde dies einer jährlichen Wasserversorgung von >31.000, >.50.000, >.79.000 bzw. >125.000 zusätzlichen Menschen pro Jahr in den Vereinigten Arabischen Emiraten pro Kopf entsprechen Verbrauchsraten. Daher bieten künstliche Wärmeinseln aus schwarzen Paneelen oder Solar-PV eine Möglichkeit, die Niederschläge in trockenen Regionen wie den Vereinigten Arabischen Emiraten zu erhöhen, und sollten für die weitere Forschung hohe Priorität erhalten.

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